解析诺奖得主夫妇的大脑探索之路

不是所有的夫妇都能如此和谐地一起工作。一般来说，他们中只有一个去开会，另一个留在实验室。

事实上，爱德华和迈·布里特·莫泽已经在一起工作了30年(结婚28年)，在此期间没有什么能降低他们对大脑的热情。早餐、实验室晨会、晚餐，他们都在反复讨论这个话题。“即使我们只想去那里，我们也必须知道我们在哪里，我们想去哪里，什么时候回来，什么时候停下来。”梅-布里特说。

如果有人知道人们是如何回家的，那就是摩泽尔河。2005年，他们因发现老鼠大脑深处的网格细胞而出名。这些“迷人的”细胞也存在于人脑中，其功能与全球定位系统相似，后者可以帮助动物知道它们的位置。莫瑟研究了网格细胞如何与其他专门的神经细胞相互作用，形成一个完整的导航系统，告诉动物去哪里和他们在哪里。网格细胞研究将有助于解释记忆是如何形成的，以及为什么回忆过去常常涉及到重构一个地方。

在研究中，这两位科学家成了“奇迹”。他们的实验室位于挪威的特隆赫姆，距离北极圈仅350公里。他们一起发表论文，一起获奖。10月6日，瑞典卡洛琳医学院在斯德哥尔摩宣布，摩西夫妇和他们的前导师、英国伦敦大学的神经科学家约翰·奥基夫将因其在发现大脑定位系统细胞方面的研究获得2014年诺贝尔生理学或医学奖。2007年，他们建立并管理了七叶莲基金会的17个研究所之一。现在，莫瑟夫妇在他们的祖国已经成了小名人，他们的研究所也开始吸引其他神经科学“头面人物”。

“他们周围肯定有智慧。”以色列魏茨曼科学院的神经生物学家纳舒·乌兰诺夫斯基说。9月，乌兰洛夫斯基第一次参观了莫瑟的研究所。摩西夫妇的研究还涉及21世纪最具挑战性的研究前沿之一:大脑如何计算。

正如计算机使用Java等编程语言一样，大脑似乎也有自己的操作语言，一套隐藏在神经元中的令人眼花缭乱的代码。这些代码允许大脑使用它能够理解和计算的语言来描述外部世界。“梅-布里特和爱德华的研究是认知神经科学的核心。他们正试图理解认知神经代码，它可以将生物学、计算机科学甚至哲学联系起来。”法国科学院意识研究专家斯塔尼斯拉斯·德阿纳说。

冠军

摩泽尔人出生在挪威的不同岛屿上，那里的夏天似乎总是白天，漫长的冬夜被跳动的极光照亮。他们中没有一个来自学术家庭，也没有上过同一所学校。但是他们直到1983年才认识。那时，他们在奥斯陆大学学习，考虑要学什么，他们都开始意识到他们对神经科学和大脑的真正热情。

突然间，一切都被点燃了:爱、对知识的渴望和研究事业的开始。莫瑟和他的妻子拜访了学校里著名的电生理学家佩尔·安德森，希望和他一起做毕业设计。安德森当时正在研究海马神经元的活动，两个学生想尝试将这些精确的细胞活动与动物行为联系起来。

像当时的大多数神经学家一样，安徒生对这样的飞跃持怀疑态度。然而，这对夫妇并没有离开他的办公室，直到安徒生做出让步，答应为他们提供一个看似简单的项目:老鼠还能记住多少海马的新环境？

这两位年轻的科学家接受了挑战，很快发现了一些有意义的东西。在那之前，人们一直认为海马体是同质的。但是摩西发现海马体的一侧对空间记忆更重要。这使他们意识到详细的大脑解剖对于理解大脑功能的重要性，这一课为他们以后的职业生涯提供了宝贵的经验。

1984年，这对夫妇在乞力马扎罗山山顶订婚。在他们做出决定后，他们的生活就是:生孩子，申请国外的博士后学位，然后拥有自己的实验室。这些计划完成得比他们预期的要快，甚至在他们博士学位毕业之前，他们就一起接受了奥基夫实验室的博士后职位。

在20世纪70年代，奥基夫发现在老鼠的海马中有被称为定位细胞的神经细胞。这些细胞只有在动物处于特殊位置时才能被激活。这一研究领域非常受欢迎，莫舍希望扩大它。

之后，他们回到了挪威。建立特隆赫姆实验室并不容易。他们从地下室的零开始。但仅仅几年后，他们就从欧盟委员会和挪威研究委员会获得了巨额奖金。一切都开始好转了。

网格细胞的发现

这对夫妇在特隆赫姆的第一个目标是更好地描述定位细胞信号的来源。尽管这些细胞位于海马体中，但也可能有来自其他地方的细胞来引导定位细胞的激活。回顾他们的本科经历，他们意识到需要理解大脑的解剖结构，以便理解信号是如何传递的。

在实验室里，他们采用了研究定位细胞的标准实验技术，将电极直接植入大鼠的海马体，并允许大鼠在记录电活动的同时在大盒子里*奔跑。这些电极足够灵敏，可以捕捉单个神经元的活动，它们获得的数据可以在计算机中进行分析。为了确保老鼠覆盖整个区域，研究人员撒了巧克力(梅-布里特是巧克力爱好者)。

莫瑟和他的妻子用化学方法使大鼠海马体及其周围区域失活，然后测试定位细胞是否能被正常刺激。因此，他们发现了从内嗅皮层流向定位细胞的信息。以前没有人注意到内嗅皮层，主要是因为这种结构极难触及，而且穿刺很容易导致动物死亡。Moser咨询了神经解剖学专家，找到了插入电极的理想位置，并开始重复他们的实验来研究内嗅皮层的神经元。

研究人员发现，当老鼠移动到盒子里的特定位置时，内嗅皮层的一些神经元会受到刺激。这与海马体中的定位细胞相同，只是这些神经元也可以在其他部位受到刺激。摩西人注意到这些地点形成了一种模式，但他们不知道它是什么。

当盒子被放大时，上面的图案变得更加清晰:一个近乎完美的六边形网格，就像蜂窝一样。起初，他们无法相信。如此简单和规律让他们不敢期待。排除所有其他可能性后，莫瑟开始逐渐解释大脑这一部分的机制。研究表明，这种形状肯定是由老鼠的大脑创造的。当它们通过六边形上的点时，相应的神经元被激活。这种空间表达形式是人们长期以来一直在寻找的大脑语言之一。

隐方式

很快，莫瑟开始对网格细胞进行各种测试。他们发现这些细胞的兴奋模式在黑暗中保持稳定，不依赖于动物的速度或方向。此外，环境变化会影响定位细胞的激发率，但网格细胞不会受到影响。他们还发现内嗅皮层的不同细胞可以产生许多不同类型的网格，这些网格像马蜂窝一样重叠。此外，大脑中网格细胞的排列符合精确的数学规则。

摩西夫妇的研究将大脑、记忆和位置联系起来。古希腊哲学家利用空间来帮助他们记忆大块的演讲。他们在脑海中选择建筑或街道的布局，并将演讲的不同部分放在这些地标上。他们在做长篇演讲时回忆了上面的场景，每个地标都可以激活相应的演讲片段。

网格单元的发现也震惊了理论家，因为对于有限数量的网格单元，六边形是获得最高空间分辨率的最佳模式。这个模型节省了能量，并展示了大脑如何有效运作。

不是所有的夫妇都能如此和谐地一起工作。在他们的工作中，摩西人有明确的分工。爱德华主要负责计算机和理论，而梅-布里特则专注于管理实验室和进行实验。“我们有不同的优势，我们可以一起获得更好的结果。”爱德华说。一般来说，他们中只有一个去开会，另一个留在实验室。“所以我们不是一天到晚形影不离的。”爱德华说。

目前，网格细胞仍有许多值得研究的地方。科学家们还不知道内嗅皮层的神经网络是如何产生网格的，也不知道网格细胞、定位细胞和其他定位细胞是如何合作导航动物的。现在，摩泽尔人正在探索这些问题。(张张)

《中国科学报》(国际版，第三版，2014年10月13日)